Поля двух магнитов вблизи могут взаимодействовать между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов. Они притягиваются к магниту достаточно сильно — так, что притяжение ощущается. В новом выпуске программы обратимся к учебнику физики и выясним, почему магнит обладает свойством притягивать предметы.
Неодимовый магнит – суперсильный и суперполезный
это явление, при котором магнит притягивает к себе предметы, содержащие железо. Поля двух магнитов вблизи могут взаимодействовать между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов. Пока железо и магнит притянуты друг к другу, их магнитные поля остаются в параллельном направлении.
Можно ли найти цветные металлы с помощью поискового магнита
- Новосибирский школьник «притягивает» к себе ложки и мелочь — его мама сняла это на видео
- Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?
- Почему магнит притягивает железо
- Почти понятно о магнетизме… тайная сила камня магнита
Магнит. 4. Почему к постоянному магниту притягиваются и другой магнит, и кусок железа?
Если магнит намагничен, домены располагаются равномерно. Например, если вы бросите магнит в огонь, ориентация магнитных доменов резко изменится. При хаотическом расположении доменов магнит теряет свои магнитные свойства. Посмотрите в видео, как пламя свечи воздействует на кусок никелевой монеты: 11 Если я разрежу магнит, теоретически должны образоваться два отдельных магнита, которые будут притягиваться на режущей стороне. Это так? Если вы разрежете стержневой магнит вдоль, вы получите два новых отдельных магнита. Когда вы разрезаете магнит перпендикулярно магнитной оси, магниты будут притягиваться, но если вы разрежете вдоль магнитной оси, обе части будут отталкиваться друг от друга. Космический вакуум содержит огромное количество пыли, газа, элементарных частиц и переплетен с электромагнитным излучением и магнитными полями. Электрические и магнитные силы в вакууме даже немного сильнее, чем в воздухе на Земле. Если расплавить неодимовый магнит, он, вероятно, превратится в кусок металла, из которого он сделан - неодима, железа и бора. Ферритовые магниты более термостойкие.
Неодимовый магнит 14 Как можно заблокировать магнитную силу? Магниты должны потерять свою магнитную силу, если вы подвергнете их воздействию чрезвычайно высоких температур в течение продолжительных периодов времени, например, когда вы бросите их в огонь. Однако есть так называемые диамагнитные вещества, которые ослабляют магнитное поле и в то же время слабо из него выдавливаются. Например: висмут - элемент тяжелого металла белого цвета со слабым розовым отливом. Он используется для демонстрации диамагнитной левитации. Мю-металл - мягкий ферромагнитный сплав никеля, железа и других элементов. Посмотрите видео о диамагнитной левитации: 15 Что такое антимагнит? До недавнего времени экранировать магнитное поле было невозможно. Только в 2011 году испанские ученые создали первый антимагнит. По своей конструкции антимагнит состоит из нескольких слоев.
Внутренний слой изготовлен из сверхпроводящего материала, который блокирует выход внутреннего магнитного поля, а также предотвращает проникновение внешнего магнитного поля. Остальные примерно десять слоев сделаны из специальных метаматериалов, предотвращающих взаимные помехи или изменения магнитных полей. Чем может быть полезен антимагнит? Его можно использовать, например, у пациентов с кардиостимуляторами или слуховыми имплантатами, чтобы они могли проходить обследование с помощью медицинских устройств, генерирующих сильное магнитное поле. Это также поможет защитить корабли от мин, активируемых магнитом. Есть несколько видов намагничивания. Один из них - радиальное намагничивание, которое в дальнейшем делится на биполярное и мультиполярное. Биполярный кольцевой магнит имеет один магнитный полюс на внутренней стенке кольца, а другой - на внешней стороне. Радиальные кольца используются, например, в машиностроении, робототехнике, хирургии или при управлении технологическими процессами. Магниты по своей природе твердые, потому что они изготавливаются из твердых материалов.
Однако специалисты по производству резиновых уплотнений могут добавлять в силиконовый каучук магнитные частицы, которые в результате могут быть магнитными. Силиконовый каучук остается эластичным и гибким даже при очень низких температурах. Это используется, например, производителями холодильников и морозильников, которые устанавливают его на двери. Резиновый уплотнитель, заполненный магнитными частицами, хорошо прилегает к плоской и округлой конструкции холодильника, благодаря чему в нее не проникает тепло. Гибкие магниты также входят в состав магнитных игрушек. Вы можете знать магнитный слайм как игрушку для детей. Изучите дом, может быть, вы найдете резиновые магниты где-нибудь еще. Прорезиненные магниты - это классические неодимовые магниты, покрытые тонким слоем резины. Слой резины предотвращает скольжение и защищает магнит от царапин. Частью магнитной доски для рисования является магнитный карандаш, которым вы рисуете на доске.
Как работает магнитный стол? Магнитный стол для детей состоит из ячеек, заполненных белой вязкой эмульсией несжимаемая жидкость с высоким внутренним трением и железных опилок. В месте соприкосновения карандаша с магнитом железные опилки притягиваются к передней поверхности стола - опилки переносятся с задней части стола на лицевую сторону и создают черный рисунок. Вязкая жидкость будет удерживать опилки спереди, даже если вы постучите по столу. Как удалить нарисованное изображение? Движущаяся магнитная полоса используется для удаления изображения. Вы можете свободно перемещать полосу и удалять только часть рисунка или все изображение. Если не удалить рисунок, он останется на столе несколько лет, пока жидкость не высохнет. Посмотрите, как работает магнитный стол, на видео: 19 Является ли свинец магнитным и что такое диамагнетизм? Свинец Pb - тяжелый металл, известный человечеству с древних времен.
Свинец не магнитный, он диамагнитный. Это означает, что он отталкивается внешним магнитным полем. Диамагнетизм противоположен парамагнетизму. Если вы поднесете к свинцу очень сильный неодимовый магнит, он будет слегка отталкиваться.
Магнитное поле сильнее вблизи провода и ослабевает вдали от него. Этот первый эффект магнитного действия электрического тока был открыт следующим образом.
В конце своей лекции о свойствах электрического тока датский ученый Эрстед поместил токонесущий провод около компасной стрелки и был до глубины души изумлен, увидев, что стрелка повернулась. Когда известие об этом открытии распространилось по Европе, оно породило целую лавину исследований. Ампер и другие ученые, пытаясь объяснить эти опыты, вскоре ввели в физику понятие электромагнитного поля. Явление, обнаруженное Эрстедом, представлялось крайне удивительным. Таким образом, силы действовали на компасную стрелку не в направлении прямой, соединяющей ее полюс с проводником, а в перпендикулярном направлении. Последующие опыты подтвердили это заключение и показали, что сила, действующая со стороны магнита на ток, перпендикулярна как направлению магнитного поля, так и направлению тока — проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает боковое усилие.
Эти новые силы полностью отличались от уже известных обычных сил, таких, как, например, силы тяготения направленные по прямой от одной массы к другой или силы, возникающие при столкновении упругих шаров или молекул которые отбрасывают их в противоположные стороны , а также силы притяжения или отталкивания , действующие по прямой между электрическими зарядами и между магнитными полюсами. До открытия Эрстеда были известны только такие силы, которые действуют вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела. Незадолго до Великой Французской Революции школа мыслителей, включая Вольтера и других, создала механистическую философию полностью предсказуемой Вселенной, основываясь на концепции таких простых сил. Когда обнаружилось, что новые электромагнитные силы зависят от скорости движения электрических зарядов тока , они стали казаться еще более странными. Это были силы, которые увеличивались с ростом скорости и действовали перпендикулярно ей! Однако именно такие силы заставляют работать электрический двигатель.
Мы можем проиллюстрировать происхождение этих сил с помощью карты магнитного поля. Круговое магнитное поле, окружающее прямолинейный проводник с током, само по себе несколько необычно, но и только. Однако в комбинации с однородным магнитным полем оно создает отклоняющие силы, без которых невозможна работа электродвигателей, измерительных приборов, телевизионных трубок и некоторых гигантских ускорителей заряженных частиц. Чтобы продемонстрировать, откуда возникают эти силы, изобразим магнитные силовые линии с помощью векторов. Магнитное поле действует как катапульта Мы сможем предсказать направление действия результирующей силы, складывая векторы сил, отвечающих двум различным полям. Конфигурация однородного магнитного поля — это ряд равномерно идущих параллельных силовых линий, как показано на фиг.
Мы рисуем эти окружности сгущающимися вблизи проводника, чтобы показать, что поле около него сильнее. Векторное сложение этих двух полей дает примерно ту же картину, что мы получили в гл. Поэтому мы поступим точно так же, как и раньше. Изобразим оба поля вместе, как на фиг. Метод сложения векторов и доказательство выталкивающего действия магнитного поля на проводник с током. В некоторой произвольной точке А нарисуем стрелки-векторы, отмечающие напряженности обоих полей, одну в направлении однородного магнитного поля, а другую по касательной к окружности.
Сложим эти векторы и обозначим результирующее направление короткой стрелкой, выходящей из А. В другой точке В однородное поле не меняется, а поле, создаваемое током, ослабевает. Сложим опять их векторы и снова обозначим результирующее направление короткой стрелкой, исходящей из В чертеж г. Нанесем множество таких стрелок по всей диаграмме. Они покажут нам направление результирующего поля, которое мы хотели найти. Начертим силовые линии этого поля, проходящие через стрелки чертеж д.
Здравый смысл подсказывает нам следующие очевидные выводы: а Вблизи проводника преобладает магнитное поле, создаваемое током, и силовые линии суммарного поля практически совпадают с окружностями, в центре которых находится проводник. В этой точке оба поля полностью компенсируют друг друга. Чтобы правильно начертить конфигурацию результирующего магнитного поля, нужно запастись терпением. К счастью, карту поля можно получить, пользуясь косвенными геометрическими методами основанными на математическом соотношении, которое обычно записывается , и тому, кто их знает, будет легко вычертить ее на нашей диаграмме. Соответствующая картина показана на фиг. Если, следуя Фарадею, мы будем видеть в магнитных силовых линиях графическое изображение реальных сил, которые действуют на магниты и проводники с током, то придем к заключению, что результирующее магнитное поле, изображенное на последнем рисунке, будет тянуть проводник вниз.
Таким образом, здесь мы имеем дело с поперечной силой, перпендикулярной как проводнику, так и направлению однородного магнитного поля. Разглядывая эти картинки, мы можем сказать, что результирующее поле действует наподобие катапульты или рогатки фиг. Опыт, демонстрирующий конфигурацию магнитных силовых линий при взаимодействии токов. Поперечная катапультирующая сила[71] Действует ли на самом деле эта сила непосредственно на проводник с током, проходящий поперек магнитного поля? Проверьте это на опыте, используя гибкий провод, электрическую батарею и подковообразный магнит. Включайте электрический ток при различных положениях проводника в сильном однородном поле между полюсами магнита.
Если ток достаточно велик, то, как мы и ожидали, возникает поперечная сила, смещающая провод в сторону см. Но для электрического тока не обязательно нужен проводник; он может быть и просто пучком заряженных частиц, например электронов. Такой электронный луч также отклоняется магнитным полем, — этот эффект, широко используемый в практических целях, мы рассмотрим в гл. Чтобы эффект был сильнее, магнитное поле должно быть перпендикулярно электрическому току или пучку электронов, так как продольная компонента поля не оказывает на них никакого влияния. Испытайте действие намагниченного стержня на электроннолучевую трубку. Результат этого опыта очень напоминает тот, о котором мы говорили в гл.
Попытки получить отдельный магнитный полюс. Начала теории магнетизма Вернемся к стальным магнитам и проведем еще один опыт. До сих пор в каждом магните мы всегда находили два полюса. Спросим себя, можно ли отделить северный магнитный полюс от южного наподобие того, как мы поступали с электрическими зарядами[72]. Попытаемся разрезать магнит пополам. Для этого намагнитим кусок стальной проволоки или пружину от часов.
Убедимся с помощью железных опилок, что на концах магнита образовались полюсы, а небольшой компас поможет нам определить, где северный полюс, а где южный. Затем с помощью ненамагниченных ножниц разрежем магнит посередине и исследуем полюсы каждой половинки. Как бы в насмешку над нашими попытками, в местах разреза возникают новые полюсы. Мы получили просто-напросто два новых магнита. Это необычное свойство магнитов тут же ставит перед нами два новых вопроса: 1 Сколь малые магнитики можно получить, разрезая магнит на все более мелкие части? Попытки разобраться в этих вопросах привели к созданию теории магнетизма, одинаково хорошо объясняющей все магнитные явления — от обычных свойств магнитов до важнейших деталей магнитной структуры атомов.
Полностью неверно также и то, что мы в состоянии раскрыть природу вещей путем одного только наблюдения. Если бы это было так, то развитие науки оказалось бы гораздо более легким, и занятие ею было бы по силам каждому. Однако в действительности в научном исследовании порой приходится применять очень трудоемкие и искусные методы, чтобы исключить то, что кажется основным для обычного наблюдателя… Теории — это отправные точки или вершины, с которых можно увидеть вещи в их взаимосвязи. Они, как указал Ченси Райт, глаза и уши ученого, необходимые ему, чтобы предвидеть и открывать явления, до поры до времени скрытые». В этой связи следует отметить два обстоятельства. Во-первых, в науке, как и в любом другом виде человеческой деятельности, мы не можем обойтись без твердой точки зрения.
То, что представляется противоречащим нашей теории, при тщательной проверке может, наоборот, оказаться ее подтверждением или следствием…» «Второе, и самое важное, обстоятельство заключается в том, что научная гипотеза обычно отвергается только в том случае, когда становится очевидным, что другая гипотеза лучше согласуется как со всеми предыдущими наблюдениями, так и с новыми фактами. Таким образом, путь к настоящему познанию состоит не в том, чтобы избегать теорий и предвидения, а в том, чтобы систематически умножать их число. Это позволит нам иметь несколько различных точек зрения и предохранит нас от излишней уверенности в правоте какой-либо одной из них. Вот почему логические или математические методы в физике, химии, общей биологии и других теоретических науках столь плодотворно помогают нам открывать еще неизвестные факты». Как построить теорию? Какую же теорию магнетизма хотели бы мы построить?
Прежде всего нам нужна теория, способная объяснить результаты наших опытов и помочь лучше понять природу магнетизма, служа нам как бы справочником понятий и идей. В предыдущих разделах мы рассказали об общих свойствах магнитов, которые были получены в результате опытов и большинство которых известно уже несколько веков[74]. Мы едва ли могли бы создать полезную для себя теорию, не основываясь на фактах, почерпнутых из опыта. Конечно, можно было бы начать и с таких утверждений: «Магниты таковы, какие они есть. Что бы ни содержалось внутри магнитов, это как раз то, что необходимо, чтобы обеспечить им нужные свойства. Стали присущ «магнитотропизм», т.
Это и есть моя теория магнитов». Подобная теория была бы безусловно «правильной», но совершенно бесполезной, и разумный исследователь не стал бы терять на нее время[75]. Итак, мы начнем с простой теории, объясняющей, почему у магнитов есть полюсы. Магнитный полюс — это не экспериментальный факт, это представление, искусственная идея, которой мы пользуемся, когда интерпретируем свои опыты. В ходе этих опытов мы приходим к выводу, что на самом деле полюсов не существует. Однако это не может само по себе разрушить нашу простую теорию.
Мы будем придерживаться ее до тех пор, пока она не перестанет нам служить. Представление о полюсах обогащает наш словарь, но оно не в состоянии подсказать нам новые опыты или позволить лучше понять суть дела. Так что, не отказываясь от термина «магнитный полюс», давайте все же поищем лучшую теорию. Сейчас мы уже вооружены некоторым опытом и можем отважиться на смелые предположения. Попытаемся же построить некоторую общую схему или картину и сделаем из нее в свою очередь новые заключения, которые подвергнем затем проверке опытом. Поэтому мы вправе спросить себя: связаны ли свойства магнитов со специфическим поведением составляющих их атомов или молекул?
Задав этот вопрос, сразу же проведем опыт. Попробуем разломать магнит, чтобы узнать, что у него внутри. В глубине души мы питаем надежду, разрезав магнит пополам, отделить друг от друга его северный и южный полюсы. Однако наш опыт дает неожиданный результат. В месте излома возникает пара разноименных полюсов, так что каждый из двух кусков представляет собой новый самостоятельный магнит. Если мы разломаем магнит осторожно, без сотрясения, то увидим, что сила, с которой полюсы притягивают железные предметы, осталась прежней, т.
Можно разрезать магнит на очень большое число кусков, и каждый из них также останется магнитом. Если мы попытаемся снова составить эти куски друг с другом, то едва только их края придут в соприкосновение, новые полюсы как будто исчезнут. Можно думать, что на самом деле они не исчезли, а просто не дают внешнего магнитного поля, поскольку их поля противоположны и практически нейтрализуют друг друга. Продолжая мысленно разрезать магнит на все более и более мелкие части, мы убедимся, что нам придется остановиться на той стадии, когда мы поделим его на мельчайшие «элементарные» магнитики. Примерно сто лет назад считалось, что ими являются как раз молекулы или атомы железа. Сейчас мы склонны думать, что эти магнитики составлены из групп атомов, по многу миллионов в каждой, которые называются «доменами» и видимы в микроскоп.
Но пока мы скажем о них только то, что они представляют собой очень маленькие и крайне многочисленные простейшие магнитики, поэтому можно вообразить себе магнит разрезанным на множество таких крошечных элементарных магнитов. Составив их вместе, чтобы получить один большой магнит, мы бы заметили, что эти магнитики выстроились таким образом, что северный полюс одного примыкает к южному полюсу соседнего, так что их внешние поля взаимно компенсируются всюду, кроме концов магнита. Там на одной торцевой плоскости наружу будут обращены все N-полюсы, а на другой — S-полюсы элементарных магнитиков. Таким образом, можно, если хотите, представить себе, что обычный магнит заполнен выстроенными подобным образом маленькими магнитиками, хотя пока в такой сложной картине еще мало пользы. Мы можем даже построить модель такого магнита, состоящую из большого числа маленьких компасных стрелок, которые при наложении внешнего магнитного поля выстраиваются в определенном направлении. В такой модели стрелки остаются выстроенными, пока имеется магнитное поле.
При его выключении они довольно сложным образом перестраиваются, стремясь образовать замкнутые циклические группы из нескольких стрелок, направленных друг за другом. Эта модель годится и для ненамагниченного железа или стали: магнитное поле находящихся внутри них элементарных магнитиков не подавлено, но сами магнитики расположены неупорядоченно, причем не хаотически, а скорее циклическими группами. Давайте внимательно подумаем над этой идеей, чтобы понять, сможет ли она послужить основой плодотворной теории. Будем считать, что магнитный материал состоит из бесчисленного множества элементарных магнитиков, которые в намагниченном бруске упорядочены, а в ненамагниченном находятся в беспорядке. Опыты показывают, что мягкое железо с легкостью намагничивается и так же легко размагничивается, а закаленные стали требуют более сильных полей для намагничивания, а затем частично сохраняют свою намагниченность, становясь постоянными магнитами. Поэтому мы должны предположить, что в мягком железе элементарные магнитики способны легко поворачиваться, а в твердой стали они крепко сцеплены с соседними, испытывая с их стороны сопротивление, сходное с трением.
Чем же может нам помочь эта простая картина? Прежде всего мы видим, что она объясняет появление новых полюсов при делении магнита на части. Если только мы не разрушим при этом сами элементарные магнитики, то в месте разреза обязательно возникнут новые полюсы. Однако такое объяснение вовсе нельзя считать большим успехом. Наша теория просто объяснила те же самые экспериментальные факты, от которых она отталкивалась, иными словами, выдала нам ту же самую информацию, которая была в ней заложена. Больше того, она высказала без каких-либо оснований утверждение, что сами элементарные магнитики невозможно разделить пополам.
Содержится ли подобное утверждение в их определении? Если мы приписываем им такое, свойство, то это еще не означает, что они обладают им в действительности. Образование новых пар полюсов при разрезании или разламывании магнита. Новые полюсы почти полностью исчезают при сближении половинок магнита. Модель, иллюстрирующая предположение об элементарных магнитиках. Можно представить, что магнит составлен из мельчайших «элементарных магнитиков», расположенных, как показано на фигуре.
Полюсы соседних магнитиков взаимно нейтрализуют друг друга повсюду, кроме краев магнита. В настоящее время мы объясняем природу магнитов с помощью предложенных Ампером молекулярных электрических токов. Мы приписываем происхождение магнетизма атомным электронам, обладающим собственным вращением и движущимся по замкнутым орбитам в атомах. Такие замкнутые токи образуют магнитное поле, аналогичное полю витка с током, и, конечно, их невозможно разделить на отдельные «полюсы». Однако этот первый успех теории пока что не может нас удовлетворить. Если бы все ее содержание заключалось только в объяснении того, как возникают полюсы магнитов, то от нее было бы мало проку.
Ценность всякой теории состоит в том, что она способна дать исчерпывающие ответы на новые вопросы, которые мы и рассмотрим ниже. Упрощенное изображение элементарных магнитиков. Существует ли предел намагничивания? Мы умеем создавать электрические токи огромной силы, и если отвлечься от нагрева проводника, то их дальнейшее увеличение ничем не ограничивается. Может ли при этом намагниченность железного стержня повышаться беспредельно?
Диамагнетики намагничиваются против направления внешнего магнитного поля. Парамагнетики намагничиваются вдоль направления внешнего магнитного поля. Поэтому алюминий тоже намагничивается и во внешнем магнитном поле становится очень слабым магнитом при комнатной температуре. Обнаружить этот эффект в быту невозможно, фиксируется в лаборатории. Если парамагнетик при комнатной температуре находится, например, в состоянии ферромагнетика например, железо , то намагничивание железа в магнитном поле можно увидеть в быту. Например, длинный железный гвоздь начинает притягивать к себе другие железные предметы, которых не может притянуть магнит, который намагнитил гвоздь.
Чем гуще силовые линии , тем концентрированнее магнетизм. Северный полюс одного магнита притягивает южный полюс другого, в то время как два одноименных полюса отталкивают друг друга. Магниты притягивают только определенные металлы, главным образом железо, никель и кобальт, называющиеся ферромагнетиками. Хотя ферромагнетики и не являются естественными магнитами, их атомы перестраиваются в присутствии магнита таким образом, что у ферромагнитных тел появляются магнитные полюса. Магнитная цепочка Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждая скрепка стала магнитом. Бесчисленные маленькие магнитики Некоторые металлы имеют кристаллическую структуру, образованную атомами, сгруппированными в магнитные домены. Магнитные полюса доменов обычно имеют различное направление красные стрелки и не оказывают суммарного магнитного воздействия. Образование постоянного магнита Обычно магнитные домены железа ориентированы бессистемно розовые стрелки , и естественный магнетизм металла не проявляется. Если к железу приблизить магнит розовый брусок , магнитные домены железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля зеленые линии. Большинство магнитных доменов железа быстро выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом. В широком смысле магнит представляет собой элемент, обладающий собственным магнитным полем. Это кусок стали или железной руды с примесями алюминия, кобальта и никеля. В состав магнита входит огромное число компонентов, которые называются доменами, у каждого из которых есть южный и северный полюс. В объединенном состоянии домены образуют единую магнитную массу с множеством сориентированных полюсов. Если домены находятся в беспорядочном состоянии, то они теряют свойство притягивать железо, а их магнитная сила теряется полностью. Благодаря специфике соединения доменов, каждый магнит имеет два полюса — южный и северный. Если магнит разрезать, то их полярность также сохранится. Всего существует три разновидности магнитов: природные, электромагниты и временные магниты. Природные магниты — это железная руда. Временные — это элементы, которые подвержены влиянию магнитного поля гвозди, скрепки, гайки, монеты. Электромагниты — это магниты с индукционной катушкой и проводимым через нее электрическим током. Почему магниты притягивают железо? Каждый домен магнита представляет собой отдельный маленький магнитик микроскопического размера. При приближении к ним железа, элементы меняют свое положение и выстраиваются в своеобразный ряд. Полюсы при этом направлены в одну сторону, за счет чего создается единство магнитного поля. Элементы железа сразу вступают в контакт с доменами магнита и начинают притягиваться. Процесс притягивания магнитом железа и других магнитов обусловлен законами физики. Домены магнита, представляющие собой электроды, обладают собственной массой и зарядом. При совпадении зарядов домены начинают передвигаться с небольшой скоростью. Элементы железа в магните и кусок чистого железа без примесей обладают сходствами в своем составе. Такой нюанс становится главной причиной притягивания электродов друг к другу. Магнит не будет притягивать дерево, пластик или другие неметаллические материалы. Свойством упорядоченного движения и расположения электродов отличаются только сталь и железо. В силу таких факторов, единственными материалами, которые притягивает магнит, становятся сталь и железо. Отдельный кусок стали или железа можно превратить во временный магнит. Если долго держать соединенными магнит и один из указанных элементов, то электроды в стали иди железе начнут образовывать собственное магнитное поле. Атомы при этом будут увеличивать свой размер. В течение некоторого времени способность магнититься сохранится и кусок стали или железа можно будет использовать в качестве самостоятельного магнита. Что заставляет некоторые металлы притягиваться к магниту? Почему магнит притягивает не все металлы? Почему одна сторона магнита притягивает, а другая отталкивает металл? И что делает неодимовые металлы такими крепкими? Для того чтобы ответить на все эти вопросы, необходимо вначале дать определение самому магниту и понять его принцип. Магниты — это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса. Постоянный или жесткий магнит постоянно создает сам свое магнитное поле. Электромагнит или мягкий магнит может создавать магнитные поля только в наличие магнитного поля и только на короткое время, пока находится в зоне действия того или иного магнитного поля. Электромагниты создают магнитные поля только в том случае, когда через провод катушки проходит электричество. До недавнего времени, все магниты изготовлялись из металлических элементов или сплавов. Состав магнита и определял его мощность. Например: Керамические магниты, подобны тем, что используются в холодильниках и для проведения примитивных экспериментов, содержат помимо керамических композиционных материалов также железную руду. Большинство керамических магнитов, также называемых железными магнитами, не обладают большой силой притягивания. Они мощнее керамических магнитов, но значительно слабее некоторых редких элементов. Неодимовые магниты состоят из железа, бора и редко встречаемого в природе неодимового элемента. Магниты кобальта-самария включают кобальт и редко встречающиеся в природе элементы самария. За последние несколько лет ученые также обнаружили магнитные полимеры, или так называемые пластичные магниты. Некоторые из них очень гибкие и пластичные. Однако, одни работают только при чрезвычайно низких температурах , а другие могут поднимать только очень легкие материалы, например, металлические опилки. Но чтобы обладать свойствами магнита, каждому из этих металлов нужна сила. Создание магнитов Многие современные электронные устройства работают на основе магнитов. Применять магниты для производства устройств стали относительно недавно, потому что магниты, существующие в природе, не обладают необходимой силой для работы аппаратуры, и только когда людям удалось сделать их более мощными, они стали незаменим элементом в производстве. Железняк, разновидность магнетитов, считается самым сильным магнитом из всех встречающихся в природе. Он способен притягивать к себе небольшие объекты, например, скрепки для бумаг и скобки. Где-то в 12-ом веке люди обнаружили, что с помощью железняка можно намагничивать частицы железа — так люди создали компас.
Магнит железо почему притягивает металл
Вторая черта — наличие полюсов. Чтобы их проверить, достаточно начать приближать один магнит к другому. Притяжение произойдет между разными полюсами южный и северный. Одноименные полюса при этом отталкиваются.
Немного о магнитном поле Магнитное поле появляется благодаря электронам, они двигаются вокруг атома, неся отрицательный заряд. Постоянное перемещение производит электрический ток. Движение тока производит магнитное поле, сила которого напрямую зависит от силы тока.
Учитывая всю информацию выше, получаем полную связь между электричеством и магнетизмом, которые представляют такое понятие, как электромагнетизм.
Магниты алнико состоят из алюминия Al , никеля Ni и кобальта Co , отсюда и название al-ni-co. Они часто включают титан и медь. В отличие от керамических магнитов, они являются электропроводящими и имеют высокие температуры плавления.
Чтобы классифицировать их основываясь на их магнитных свойствах и химическом составе , Ассоциация производителей магнитных материалов присвоила им номера, такие как Alnico 3 или Alnico 7. Алникос был самым сильным типом постоянных магнитов до развития редкоземельных магнитов в 1970-х годах. Известно, что они создают высокую напряженность магнитного поля на своих полюсах - до 0,15 Тесла, что в 3000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Сплавы Alnico могут сохранять свои магнитные свойства при высоких рабочих температурах, вплоть до 800 градусов Цельсия.
Фактически, они являются единственными магнитами, которые имеют магнетизм при нагревании раскаленным докрасна. Эти магниты широко используются в бытовых и промышленных применениях: несколько примеров - это магнетронные трубки, датчики, микрофоны, электродвигатели, громкоговорители, электронные трубки, радары. III Редкоземельные магниты Как следует из названия, редкоземельные магниты изготавливаются из сплавов редкоземельных элементов. Это самый сильный тип постоянных магнитов, разработанный в 1970-х годах.
Их магнитное поле может легко превышать 1 Тесла. Два типа редкоземельных магнитов - самарий-кобальтовые и неодимовые магниты. Оба уязвимы для коррозии и очень хрупкие. Таким образом, они покрыты определенным слоем слоями , чтобы защитить их от сколов или поломок.
Самарий-кобальтовые магниты состоят из празеодима, церия, гадолиния, железа, меди и циркония. Они могут сохранять свои магнитные свойства при высоких температурах и обладают высокой устойчивостью к окислению. Из-за их меньшей напряженности магнитного поля и высокой стоимости производства они используются реже, чем другие редкоземельные магниты. В настоящее время они используются в настольном ядерно-магнитно-резонансном спектрометре, высококачественных электродвигателях, турбомашиностроении и во многих областях, где производительность должна соответствовать изменению температуры.
Неодимовые магниты, с другой стороны, являются наиболее доступным и сильным типом редкоземельных магнитов. Они представляют собой тетрагональную кристаллическую структуру, изготовленную из сплавов неодима, бора и железа. Благодаря своим меньшим размерам и небольшому весу они заменили ферритовые и алникомагниты в многочисленных применениях в современных технологиях. Например, неодимовые магниты в настоящее время используются в головном приводе для компьютерных жестких дисков, электродвигателей для аккумуляторных инструментов, механических переключателей электронных сигарет и динамиков мобильных телефонов.
IV одномолекулярные магниты Универсальный внутриклеточный белок, называемый ферритином, считается магнитом с одной молекулой. Он хранит железо и выпускает его контролируемым образом. К концу 20-го века ученые узнали, что некоторые молекулы [которые состоят из ионов парамагнитного металла] могут проявлять магнитные свойства при очень низких температурах.
Можно показать, что внутри полой катушки магнитные силовые линии идут плотным параллельным пучком, образуя сильное однородное магнитное поле. Задача 2 Почему лучше намагничивать стальной стержень, помещая его внутри соленоида с током, а не снаружи? Задача 3 На чертеже а фиг. Если уменьшать длину соленоида, сжимая его, как гармошку;, конфигурация поля будет меняться, как показано на чертеже б. Представим себе, что катушка сжата до предела чертеж в , так что превратилась в один виток. Можете ли вы предсказать, как будет выглядеть магнитное поле витка с током, представив себе характер сжатия силовых линий? Изобразите ожидаемую конфигурацию поля. Согласуется ли она с опытом? Задача 4 Внешнее магнитное поле соленоида совпадает с полем намагниченного стержня одинаковых размеров и формы. Какую же форму имел бы магнит, создающий такое же поле, как и виток с током в? Нарисуйте или опишите этот эквивалентный магнит. Если ее подвесить, она будет поворачиваться до тех пор, пока ее ось не укажет в направлении N-S. Она ведет себя так, как будто имеет на концах «полюсы», которые притягивают или отталкивают полюсы других магнитов. Небольшая катушка с током, помещенная в магнитное поле Земли, магнита или другой катушки, будет поворачиваться наподобие стрелки компаса, пока ее магнитная ось не станет параллельной внешнему полю. Магнитное поле прямого провода с током Есть один особый очень важный случай проводника с током, когда нельзя подобрать эквивалентного магнита одинакового размера и формы. Это случай длинного прямого провода с током. С помощью железных опилок или крошечного компаса можно показать, что магнитные силовые линии такого проводника представляют собой опоясывающие его окружности, расположенные, разумеется, не в одной плоскости, а повсюду вокруг него. Магнитное поле сильнее вблизи провода и ослабевает вдали от него. Этот первый эффект магнитного действия электрического тока был открыт следующим образом. В конце своей лекции о свойствах электрического тока датский ученый Эрстед поместил токонесущий провод около компасной стрелки и был до глубины души изумлен, увидев, что стрелка повернулась. Когда известие об этом открытии распространилось по Европе, оно породило целую лавину исследований. Ампер и другие ученые, пытаясь объяснить эти опыты, вскоре ввели в физику понятие электромагнитного поля. Явление, обнаруженное Эрстедом, представлялось крайне удивительным. Таким образом, силы действовали на компасную стрелку не в направлении прямой, соединяющей ее полюс с проводником, а в перпендикулярном направлении. Последующие опыты подтвердили это заключение и показали, что сила, действующая со стороны магнита на ток, перпендикулярна как направлению магнитного поля, так и направлению тока — проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает боковое усилие. Эти новые силы полностью отличались от уже известных обычных сил, таких, как, например, силы тяготения направленные по прямой от одной массы к другой или силы, возникающие при столкновении упругих шаров или молекул которые отбрасывают их в противоположные стороны , а также силы притяжения или отталкивания , действующие по прямой между электрическими зарядами и между магнитными полюсами. До открытия Эрстеда были известны только такие силы, которые действуют вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие тела. Незадолго до Великой Французской Революции школа мыслителей, включая Вольтера и других, создала механистическую философию полностью предсказуемой Вселенной, основываясь на концепции таких простых сил. Когда обнаружилось, что новые электромагнитные силы зависят от скорости движения электрических зарядов тока , они стали казаться еще более странными. Это были силы, которые увеличивались с ростом скорости и действовали перпендикулярно ей! Однако именно такие силы заставляют работать электрический двигатель. Мы можем проиллюстрировать происхождение этих сил с помощью карты магнитного поля. Круговое магнитное поле, окружающее прямолинейный проводник с током, само по себе несколько необычно, но и только. Однако в комбинации с однородным магнитным полем оно создает отклоняющие силы, без которых невозможна работа электродвигателей, измерительных приборов, телевизионных трубок и некоторых гигантских ускорителей заряженных частиц. Чтобы продемонстрировать, откуда возникают эти силы, изобразим магнитные силовые линии с помощью векторов. Магнитное поле действует как катапульта Мы сможем предсказать направление действия результирующей силы, складывая векторы сил, отвечающих двум различным полям. Конфигурация однородного магнитного поля — это ряд равномерно идущих параллельных силовых линий, как показано на фиг. Мы рисуем эти окружности сгущающимися вблизи проводника, чтобы показать, что поле около него сильнее. Векторное сложение этих двух полей дает примерно ту же картину, что мы получили в гл. Поэтому мы поступим точно так же, как и раньше. Изобразим оба поля вместе, как на фиг. Метод сложения векторов и доказательство выталкивающего действия магнитного поля на проводник с током. В некоторой произвольной точке А нарисуем стрелки-векторы, отмечающие напряженности обоих полей, одну в направлении однородного магнитного поля, а другую по касательной к окружности. Сложим эти векторы и обозначим результирующее направление короткой стрелкой, выходящей из А. В другой точке В однородное поле не меняется, а поле, создаваемое током, ослабевает. Сложим опять их векторы и снова обозначим результирующее направление короткой стрелкой, исходящей из В чертеж г. Нанесем множество таких стрелок по всей диаграмме. Они покажут нам направление результирующего поля, которое мы хотели найти. Начертим силовые линии этого поля, проходящие через стрелки чертеж д. Здравый смысл подсказывает нам следующие очевидные выводы: а Вблизи проводника преобладает магнитное поле, создаваемое током, и силовые линии суммарного поля практически совпадают с окружностями, в центре которых находится проводник. В этой точке оба поля полностью компенсируют друг друга. Чтобы правильно начертить конфигурацию результирующего магнитного поля, нужно запастись терпением. К счастью, карту поля можно получить, пользуясь косвенными геометрическими методами основанными на математическом соотношении, которое обычно записывается , и тому, кто их знает, будет легко вычертить ее на нашей диаграмме. Соответствующая картина показана на фиг. Если, следуя Фарадею, мы будем видеть в магнитных силовых линиях графическое изображение реальных сил, которые действуют на магниты и проводники с током, то придем к заключению, что результирующее магнитное поле, изображенное на последнем рисунке, будет тянуть проводник вниз. Таким образом, здесь мы имеем дело с поперечной силой, перпендикулярной как проводнику, так и направлению однородного магнитного поля. Разглядывая эти картинки, мы можем сказать, что результирующее поле действует наподобие катапульты или рогатки фиг. Опыт, демонстрирующий конфигурацию магнитных силовых линий при взаимодействии токов. Поперечная катапультирующая сила[71] Действует ли на самом деле эта сила непосредственно на проводник с током, проходящий поперек магнитного поля? Проверьте это на опыте, используя гибкий провод, электрическую батарею и подковообразный магнит. Включайте электрический ток при различных положениях проводника в сильном однородном поле между полюсами магнита. Если ток достаточно велик, то, как мы и ожидали, возникает поперечная сила, смещающая провод в сторону см. Но для электрического тока не обязательно нужен проводник; он может быть и просто пучком заряженных частиц, например электронов. Такой электронный луч также отклоняется магнитным полем, — этот эффект, широко используемый в практических целях, мы рассмотрим в гл. Чтобы эффект был сильнее, магнитное поле должно быть перпендикулярно электрическому току или пучку электронов, так как продольная компонента поля не оказывает на них никакого влияния. Испытайте действие намагниченного стержня на электроннолучевую трубку. Результат этого опыта очень напоминает тот, о котором мы говорили в гл. Попытки получить отдельный магнитный полюс. Начала теории магнетизма Вернемся к стальным магнитам и проведем еще один опыт. До сих пор в каждом магните мы всегда находили два полюса. Спросим себя, можно ли отделить северный магнитный полюс от южного наподобие того, как мы поступали с электрическими зарядами[72]. Попытаемся разрезать магнит пополам. Для этого намагнитим кусок стальной проволоки или пружину от часов. Убедимся с помощью железных опилок, что на концах магнита образовались полюсы, а небольшой компас поможет нам определить, где северный полюс, а где южный. Затем с помощью ненамагниченных ножниц разрежем магнит посередине и исследуем полюсы каждой половинки. Как бы в насмешку над нашими попытками, в местах разреза возникают новые полюсы. Мы получили просто-напросто два новых магнита. Это необычное свойство магнитов тут же ставит перед нами два новых вопроса: 1 Сколь малые магнитики можно получить, разрезая магнит на все более мелкие части? Попытки разобраться в этих вопросах привели к созданию теории магнетизма, одинаково хорошо объясняющей все магнитные явления — от обычных свойств магнитов до важнейших деталей магнитной структуры атомов. Полностью неверно также и то, что мы в состоянии раскрыть природу вещей путем одного только наблюдения. Если бы это было так, то развитие науки оказалось бы гораздо более легким, и занятие ею было бы по силам каждому. Однако в действительности в научном исследовании порой приходится применять очень трудоемкие и искусные методы, чтобы исключить то, что кажется основным для обычного наблюдателя… Теории — это отправные точки или вершины, с которых можно увидеть вещи в их взаимосвязи. Они, как указал Ченси Райт, глаза и уши ученого, необходимые ему, чтобы предвидеть и открывать явления, до поры до времени скрытые». В этой связи следует отметить два обстоятельства. Во-первых, в науке, как и в любом другом виде человеческой деятельности, мы не можем обойтись без твердой точки зрения. То, что представляется противоречащим нашей теории, при тщательной проверке может, наоборот, оказаться ее подтверждением или следствием…» «Второе, и самое важное, обстоятельство заключается в том, что научная гипотеза обычно отвергается только в том случае, когда становится очевидным, что другая гипотеза лучше согласуется как со всеми предыдущими наблюдениями, так и с новыми фактами. Таким образом, путь к настоящему познанию состоит не в том, чтобы избегать теорий и предвидения, а в том, чтобы систематически умножать их число. Это позволит нам иметь несколько различных точек зрения и предохранит нас от излишней уверенности в правоте какой-либо одной из них. Вот почему логические или математические методы в физике, химии, общей биологии и других теоретических науках столь плодотворно помогают нам открывать еще неизвестные факты». Как построить теорию? Какую же теорию магнетизма хотели бы мы построить? Прежде всего нам нужна теория, способная объяснить результаты наших опытов и помочь лучше понять природу магнетизма, служа нам как бы справочником понятий и идей. В предыдущих разделах мы рассказали об общих свойствах магнитов, которые были получены в результате опытов и большинство которых известно уже несколько веков[74]. Мы едва ли могли бы создать полезную для себя теорию, не основываясь на фактах, почерпнутых из опыта. Конечно, можно было бы начать и с таких утверждений: «Магниты таковы, какие они есть. Что бы ни содержалось внутри магнитов, это как раз то, что необходимо, чтобы обеспечить им нужные свойства. Стали присущ «магнитотропизм», т. Это и есть моя теория магнитов». Подобная теория была бы безусловно «правильной», но совершенно бесполезной, и разумный исследователь не стал бы терять на нее время[75]. Итак, мы начнем с простой теории, объясняющей, почему у магнитов есть полюсы. Магнитный полюс — это не экспериментальный факт, это представление, искусственная идея, которой мы пользуемся, когда интерпретируем свои опыты. В ходе этих опытов мы приходим к выводу, что на самом деле полюсов не существует. Однако это не может само по себе разрушить нашу простую теорию. Мы будем придерживаться ее до тех пор, пока она не перестанет нам служить. Представление о полюсах обогащает наш словарь, но оно не в состоянии подсказать нам новые опыты или позволить лучше понять суть дела. Так что, не отказываясь от термина «магнитный полюс», давайте все же поищем лучшую теорию. Сейчас мы уже вооружены некоторым опытом и можем отважиться на смелые предположения. Попытаемся же построить некоторую общую схему или картину и сделаем из нее в свою очередь новые заключения, которые подвергнем затем проверке опытом. Поэтому мы вправе спросить себя: связаны ли свойства магнитов со специфическим поведением составляющих их атомов или молекул? Задав этот вопрос, сразу же проведем опыт. Попробуем разломать магнит, чтобы узнать, что у него внутри. В глубине души мы питаем надежду, разрезав магнит пополам, отделить друг от друга его северный и южный полюсы. Однако наш опыт дает неожиданный результат. В месте излома возникает пара разноименных полюсов, так что каждый из двух кусков представляет собой новый самостоятельный магнит. Если мы разломаем магнит осторожно, без сотрясения, то увидим, что сила, с которой полюсы притягивают железные предметы, осталась прежней, т. Можно разрезать магнит на очень большое число кусков, и каждый из них также останется магнитом. Если мы попытаемся снова составить эти куски друг с другом, то едва только их края придут в соприкосновение, новые полюсы как будто исчезнут. Можно думать, что на самом деле они не исчезли, а просто не дают внешнего магнитного поля, поскольку их поля противоположны и практически нейтрализуют друг друга. Продолжая мысленно разрезать магнит на все более и более мелкие части, мы убедимся, что нам придется остановиться на той стадии, когда мы поделим его на мельчайшие «элементарные» магнитики. Примерно сто лет назад считалось, что ими являются как раз молекулы или атомы железа. Сейчас мы склонны думать, что эти магнитики составлены из групп атомов, по многу миллионов в каждой, которые называются «доменами» и видимы в микроскоп. Но пока мы скажем о них только то, что они представляют собой очень маленькие и крайне многочисленные простейшие магнитики, поэтому можно вообразить себе магнит разрезанным на множество таких крошечных элементарных магнитов. Составив их вместе, чтобы получить один большой магнит, мы бы заметили, что эти магнитики выстроились таким образом, что северный полюс одного примыкает к южному полюсу соседнего, так что их внешние поля взаимно компенсируются всюду, кроме концов магнита. Там на одной торцевой плоскости наружу будут обращены все N-полюсы, а на другой — S-полюсы элементарных магнитиков. Таким образом, можно, если хотите, представить себе, что обычный магнит заполнен выстроенными подобным образом маленькими магнитиками, хотя пока в такой сложной картине еще мало пользы. Мы можем даже построить модель такого магнита, состоящую из большого числа маленьких компасных стрелок, которые при наложении внешнего магнитного поля выстраиваются в определенном направлении. В такой модели стрелки остаются выстроенными, пока имеется магнитное поле. При его выключении они довольно сложным образом перестраиваются, стремясь образовать замкнутые циклические группы из нескольких стрелок, направленных друг за другом. Эта модель годится и для ненамагниченного железа или стали: магнитное поле находящихся внутри них элементарных магнитиков не подавлено, но сами магнитики расположены неупорядоченно, причем не хаотически, а скорее циклическими группами. Давайте внимательно подумаем над этой идеей, чтобы понять, сможет ли она послужить основой плодотворной теории. Будем считать, что магнитный материал состоит из бесчисленного множества элементарных магнитиков, которые в намагниченном бруске упорядочены, а в ненамагниченном находятся в беспорядке. Опыты показывают, что мягкое железо с легкостью намагничивается и так же легко размагничивается, а закаленные стали требуют более сильных полей для намагничивания, а затем частично сохраняют свою намагниченность, становясь постоянными магнитами. Поэтому мы должны предположить, что в мягком железе элементарные магнитики способны легко поворачиваться, а в твердой стали они крепко сцеплены с соседними, испытывая с их стороны сопротивление, сходное с трением. Чем же может нам помочь эта простая картина? Прежде всего мы видим, что она объясняет появление новых полюсов при делении магнита на части. Если только мы не разрушим при этом сами элементарные магнитики, то в месте разреза обязательно возникнут новые полюсы. Однако такое объяснение вовсе нельзя считать большим успехом. Наша теория просто объяснила те же самые экспериментальные факты, от которых она отталкивалась, иными словами, выдала нам ту же самую информацию, которая была в ней заложена. Больше того, она высказала без каких-либо оснований утверждение, что сами элементарные магнитики невозможно разделить пополам.
Если вы решите самостоятельно провести подобный эксперимент, мы советуем вам изолировать магниты от прямого нагрева, в противном случае вас ждет неудача. Москва, Большой Саввинский пер. II; Адрес редакции: 119435, г.
Почему магнит притягивает железо? | Объясни мне, как ребенку!
В атомах магнита частицы обладают магнитным моментом, который и порождает силу, притягивающую вещества с высокой магнитной восприимчивостью, каковыми являются металлы. Постоянный магнит имеет два полюса, между которыми и действует магнитное поле. Линии магнитного поля проходят в виде окружностей или эллипсов от одного полюса к другому, поэтому притягивающая сила будет менять величину и направление, если двигать кусок металла вдоль поверхности магнита.
Вплоть до 50-х годов и распространения ферритовых магнитов практически не имел аналогов при относительно невысокой стоимости. Например, массово использовался в нагревательных элементах, звукоснимателях, динамиках и так далее.
При производстве более распространённым является так называемый анизотропный метод: способ литья в формы под воздействием внешнего магнитного поля. Это даёт лучшие показатели намагниченности и коэрцитивной силы, чем при изотропном методе производства без внешнего поля. К слову, магниты из альнико до сих пор используются в процессах, где требуется хорошая устойчивость к высоким температурам. Феррит Впервые ферритовые магниты появились ещё в 1930 году, благодаря усилиям Тогда Йогоро Като и Такеши Такеи из Токийского технологического института.
Они смогли добавить в измельчённый магнетит порошкообразный оксид кобальта и при помощи спекания получить первое подобное соединение с неплохими показателями коэрцитивной силы. Изобретение Като и Такеи открыло интересные перспективы, ведь порошок оксида железа — это отходы металлургического производства, стоящие буквально копейки. Получалось дешевле, чем магниты из альнико. В 1935 году японцы основали компанию TDK и приступили к производству ферритовых сердечников и порошка для магнитных носителей — тогда как раз стали появляться первые аудиокассеты.
Но зато лучшая устойчивость к размагничиванию и более низкая стоимость, привели к тому, что с 50-х годов началось массовое производство ферритовых магнитов. После этого есть два способа: прессуют сухим способом и спекают в форме; смешивают с водой и полученную суспензию уплотняют в пресс-форме под действием магнитного поля, сушат и тоже спекают. В завершении магнит проходит механическую обработку и окончательно магнитится внешним полем. Собственно, ферритовые магниты за счёт низкой стоимости активно применяются и сейчас.
Скажем, их можно встретить почти у каждого на холодильнике, а в электронике до сих пор массово применяются так называемые ферритовые кольца. Самарий-кобальт Однако учёные продолжали биться над тем, чтобы применить так называемые редкоземельные металлы. Остаточная намагниченность доходила до 1200 мТл при коэрцитивной силе в 10 раз больше, чем у ферритовых магнитов и уж тем более альнико. А ещё были чрезвычайно устойчивы к агрессивным воздействиям, но оставались хрупкими.
Магниты сначала из самарий-кобальта SmCo5, а потом и из Sm2Co17 нашли своё применение в дорогой аудиофильной продукции например, наушниках или звукоснимателях Fender, а также в военно-промышленных применениях, где требуется химическая и температурная стойкость. Процесс производства редкоземельного магнита в том числе неодима, о чём мы поговорим дальше достаточно похож на производство феррита: Компоненты сплава сначала плавят и смешивают в единой форме, после чего охлаждают до получения однородных слитков. Следующим этапом слитки дробят и превращают в мелкую пыль — это позволяет получить одиночные магнитные домены, из которых и будет состоять наш магнит. При необходимости проводят механическую обработку и дополнительное покрытие для лучшей устойчивости, если это требуется.
Как изобрели неодимовый магнит Однако главной проблемой было то, что компоненты самарий-кобальтового магнита стоили огромных денег. Про кобальт вообще отдельная песня — его самые большие залежи находятся в Демократической Республике Конго. В 70-х годах из-за военного конфликта цены на металл взлетели, что привело к огромному кризису. Джон Кроат — один из творцов неодимового магнита, работавший в лаборатории General Motors Так над созданием более дешёвой альтернативой самарий-кобальта стали работать параллельно две лаборатории: General Motors и Sumitomo Metal Industries.
Для первых, вопрос был особенно важен — в это время как раз разразился нефтяной кризис из-за демарша арабских стран, из-за чего пользоваться автомобилем стало дороговато. Нужно было снижать издержки по всем фронтам. А в автомобилях используется куча постоянных магнитов: начиная от ABS и заканчивая герконовыми датчиками закрытия дверей и пристёгнутого ремня. Итак, нужно было найти редкоземельный металл, который был бы более распространён, чем самарий, и дешевле кобальта.
Проблема с лантаном и церием заключалась в том, что 4-f орбиталь у них остаётся незаполненной более подробное объяснение — здесь. Исследования того времени уже показали, что именно наличие электронов на f-орбитали даёт высокую коэрцитивную силу материала. Оставалось только два варианта: неодим или празеодим. Но нужно было придумать, с каким материалом создать сплав, чтобы получилось устойчивое интерметаллическое соединение , но при этом магнитные показатели вещества были сопоставимы с самарий-кобальтом.
У неодима и празеодима таких вариантов было немного. Джон Кроат провёл ряд экспериментов и выявил, что если брать расплавы неодима и железа, смешивать, а затем быстро охлаждать и кристаллизовать как мы знаем, это один из методов производства того же самарий-кобальта , то получается вещество с отличной коэрцитивной силой. Однако при последующем нагреве свойства быстро терялись например, проявлялась сильная термозависимость , и нужно было найти более устойчивое интерметаллическое соединение. Вот как описывает проблему сам Кроат в интервью: Интерметаллическое соединение или интерметаллическая фаза — это фаза с фиксированным соотношением компонентов.
Сила общего силового магнитного поля будет равна сумме сил силовых линей обоих магнитов. Рассмотрим, почему кусок железа притягивается к магниту. Предположим, что рядом с магнитом находится кусок железа. Рисунок представлен выше по тексту. Внутри куска железа все атомы сгруппированы силовым полем в кристаллическую решетку. Атомы железа асимметричны. Силовые линии магнита, состоящие из электронов малых энергетических полей сот пространства, проходят через пространство внутри куска железа, около ядер атомов железа. Силовые линии магнита сменят ориентацию ядер атомов куска железа на ориентацию ядер атомов магнита. При этом развернут ядра куска железа так, что со стороны северного полюса магнита, где электроны магнита сжаты, ядра атомов куска железа окажутся повернутыми своими легкими сторонами.
В этой книге Гильберт не только привел практически все известные сведения о свойствах природных магнитов и намагниченного железа, но и описал собственные опыты, например с шаром из магнетита, с помощью которых он воспроизвел основные черты земного магнетизма. Он обнаружил, что на обоих магнитных полюсах такой «маленькой Земли» компасная стрелка устанавливается перпендикулярно ее поверхности, на экваторе — параллельно, а на средних широтах — в промежуточном положении рис. Расположение магнитной стрелки в разных частях Земли Тот магнитный полюс стрелки, который притягивается к географическому северному полюсу Земли, назвали северным. Противоположные магнитные полюса притягиваются, поэтому, вблизи географического северного полюса находится магнитный южный полюс. Так Гильберт смоделировал магнитное наклонение, о существовании которого в Европе знали уже более полувека. Также Гильберт обнаружил, что сильно нагретое железо теряет магнитные свойства, но при охлаждении они восстанавливаются. И наконец, он первым провел четкую границу между притяжением магнетита и притяжением натертого янтаря, которое он назвал электрической силой от латинского названия янтаря electrum. Он развел «по углам» электричество и магнетизм.
Несмотря на то что это был чрезвычайно новаторский труд, по достоинству оцененный и современниками, и потомками, после Гильберта наука о магнетизме вплоть до начала XIX века продвинулась очень мало. Когда будущий автор «Голого короля» и «Дюймовочки» четырнадцатилетним подростком добрался до Копенгагена, он обрел друга и покровителя в лице своего двойного тезки, ординарного профессора физики и химии Копенгагенского университета Ганса Христиана Эрстеда рис. И оба прославили свою страну на весь мир. Ганс Христиан Эрстед 1777—1851 Многие ученые того периода находились под влиянием философских концепций Шеллинга, которые заключались в том, что все силы в природе возникают из одних и тех же источников. Поэтому Эрстед начиная с 1813 года вполне сознательно пытался установить связь между электричеством и магнетизмом. Это удалось сделать весной 1820 года, во время очередной лекции по электричеству. Опыт Эрстеда, проведенный в 1820 г. Эрстед на лекции демонстрировал нагрев проволоки электричеством от вольтова столба, для чего составил электрическую цепь.
Почему магнит притягивает? Описание, фото и видео
почему магнит притягивает хлопья? их и вправду обогащают металлической пылью, что ли? хлопья в воде после блендера выделили МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ КРОШКУ: почему банан и киви не реагируют на магнит, если в них связанного железа в разы выше, чем. Почему магнит не притягивает органические вещества? «У железа и похожих на него металлов есть особенная черта — связь между соседними атомами такова, что они чувствуют магнитное поле скоординированно». 1) Магниты притягивают и захватывают небольшие кусочки железа. Магниты притягивают только определенные металлы, главным образом железо, никель и кобальт, называющиеся ферромагнетиками.
Часто задаваемые вопросы по неодимовым магнитам (FAQ)
Это явление сначала называли божественным, использовали в ритуалах, но с развитием естествознания стало очевидно, что свойства имеют вполне земную природу, объяснил которую впервые физик из Копенгагена Ганс Христиан Эрстед. Он открыл в 1820 году некую связь у электрического разряда тока и магнита, что и породило учение об электротоке и магнитном притяжении. Это интересно: Как различать латунь и бронзу — проверенные способы Естественнонаучные исследования Эрстед, проводя эксперименты с магнитной стрелкой и проводником, приметил следующую особенность: разряд энергии, направленный в сторону к стрелке, мгновенно на нее действовал, и она начинала отклоняться. Стрелка всегда отклонялась, с какой бы стороны он не подошел. Продолжать многократные эксперименты с магнитом стал физик из Франции Доминик Франсуа Араго, взяв за основу трубку из стекла, перемотанную металлической нитью, посередине этого предмета он установил железный стержень. С помощью электричества, находившееся внутри железо начинало резко намагничиваться, из-за этого стали прилипать различные ключи, но стоило отключить разряд, и ключи сразу падали на пол. Исходя из происходящего физик из Франции Андре Ампер, разработал точное описание всего происходящего в этом эксперименте. Такой разброс стоимости объясняется улучшенными характеристиками коррозионностойкой нержавеющей стали по отношению к оцинкованному металлу. Читайте также: Калькулятор перевода литров моторного масла в кг Оцинкованная сталь Оцинкованная сталь производится методом покрытия листа из углеродистой стали тонким слоем цинка, который с течением времени до двух лет образует на поверхности прочную патину, стойкую к атмосферным воздействиям влаги и кислорода. Оцинковка обязательно должна «выстояться», чтобы продукты естественного окисления выветрились, а слой цинковой патины набрал прочность. Стальные листы с цинковым покрытием внешне отличаются от нержавейки — на их поверхности видны узоры кристаллизации цинка, напоминающие «белую ржавчину».
Оцинкованная сталь обладает следующими эксплуатационными характеристиками: срок службы — до 25 лет при слое цинкового покрытия толщиной 60 мкм; высокая способность выдерживать механические нагрузки вальцовкой, ковкой, сгибанием, вытяжкой, штамповкой; прочность к нагрузкам давления; устойчивость к перепадам температур; малая электропроводимость. Оцинковка неустойчива к воздействию кислот: с помощью соляной кислоты ее можно отличить от нержавейки. Цинковое покрытие активно вступает в химическую реакцию с кислотой, а нержавеющий металл, легированный хромом, не реагирует на кислую среду. Какие металлы не магнитятся? Какие металлы притягивает магнит? Какие металлы притягиваются магнитом? Какие металлы не притягиваются магнитом? Есть разные группы химических веществ в том числе и металлов , которые отличаются суммарной векторной величиной магнитного момента атомов. Ядро атома состоит из нейтронов и протонов, которые имеют незначительный собственный магнитный момент, которым можно пренебречь. Основную величину магнитного момента составляют электроны, движущиеся вокруг ядра по замкнутой орбите.
Так вот этот магнитный момент определяет величину магнитной восприимчивости вещества. Диамагнетики из металлов это золото, цинк, медь, висмут и другие — имеют отрицательную магнитную восприимчивость. Они не намагничиваются в магнитном поле. Парамагнетики алюминий, магний, платина, хром и другие — имеют положительную, но малую магнитную восприимчивость. Стержни из таких металлов будут ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля, только если это поле будет очень сильным. Ферромагнетики железо, никель, кобальт, некоторые редкоземельные металлы и множество разных сплавов — класс веществ с самой сильной магнитной восприимчивостью.
И все люди это чувствуют.
Например, если расчесывать волосы синтетической расческой, то волосы электризуются и расческа. Можете проверить, если вы после расчесывания поднесете расчёску к мелким кускам бумаги, они будут притягиваться. То есть, вокруг зарядов, которые появляются вокруг расчески, существует поле. Вот точно так же вокруг любых магнитов существует магнитное поле, которое, в первую очередь, действует на другие магниты, которые есть вокруг него. Оно не возникает, оно существует всегда. Увидеть магнитное поле можно и с помощью железных опилок, достаточно высыпать их на лист бумаги, под которым расположен магнит. Большая часть опилок прилипнет к полюсам магнита.
А остаток расположиться в виде сферических линий. Это линии распределения магнитного поля. Этот принцип визуализации магнитных полей используется в промышленной дефеткоскопии. Так называется метод магнитного контроля за состоянием труб на нефтегазовых станциях и теплосетях. По изменению направления этих линий можно судить о состоянии контролируемого объекта, есть трещины или нет. Сегодня все чаще в дефектоскопии используется роботы с начинкой из электромагнитов. Робота закрепляют на трубе.
С помощью колесиков он легко передвигается по ней в заданном направлении. Создаваемое вокруг него магнитное поле, столкнувшись с изъяном, меняется. Прибор улавливает это изменение и, либо издаёт сигнал, либо показывает, что обнаружена трещина. В зависимости от тог, где этот робот эксплуатируется, сосуд или трубопровод — это может привести к самым неожиданным последствиям, вплоть до катастрофы. Поэтому определение и постоянный мониторинг состояния таких объектов — это очень важная задача. Самый большой по размерам магнит нашей планеты — это она сама. Земля, как утверждают некоторые физики, гигантский голубой магнит.
Солнце — жёлтый плазменный шар, магнит еще более грандиозный.
Пожаловаться Магнето притягивает железо. Почему магнит притягивает. Почему магнит притягивает магнит.
Магнит притягивает железо. Электрические и магнитные явления в природе. Почему магниты притягиваются. Магнитные явления в физике.
Почему магнит магнитится. Почему магнит притягивается к магниту. Постоянный магнит притягивает. Магнето притягивает железо.
Основные свойства магнита. Магнитные явления. Магнитные явления примеры. Магнитные явления физика.
Магнитные явления в природе. Магнето притягевает металл. Притягивается ли алюминий к магниту. Магниты притягиваются.
Магнит притягивает металл. Магнитные параметры магнитов. Магнитное поле притягивает. Свойства магнитов физика.
Железо постоянный магнит. Магнитные явления магнит. Магнит и компас. Магнитные явления опыты.
Что притягивает магнит к себе. Никель притягивается магнитом. Хорошо притягивается к постоянному магниту. Почему не все предметы притягиваются к магниту.
Магнит к магниту притягивается или нет. Магнит притягивает предметы. Электромагнитные явления в природе. Магнетто притягивает металл.
Магнит притягивает магнит. Магнит притягивает. Магнитная сила. Виды магнитов.
Типы постоянных магнитов. Постоянные магниты магнитное поле постоянных магнитов. Виды временных магнитов. Свойства магнита.
Волшебные свойства магнита. Выводы опыта с магнитом.
Атомы в материалах соединены в группы, которые называются магнитными доменами. Магнитные поля одного отдельного домена сориентированы в одну сторону. То есть каждый домен — это маленький магнитик. Интересно: Закон сохранения энергии — описание, фото и видео Различные домены ориентированы в самых разнообразных направлениях, то есть неупорядоченно, и гасят магнитные поля друг друга. Поэтому стальная полоса — не магнит.
Но если нам удастся сориентировать домены в одну сторону, чтобы силы магнитных полей сложились, вот тогда берегитесь! Стальная полоса станет мощным магнитом и притянет любой железный предмет от гвоздя до холодильника. Интересный факт: минерал магнитный железняк — естественный магнит. Но все же большинство магнитов изготовляют искусственно. Почему магнит не притягивает органические вещества? Что означают здесь выражения «связь такова», «чувствуют», «скоординировано»? Кто или что осуществляет «координацию» всех атомов данного тела?
Каким образом осуществляется координация? В чем «нетаковость» связей атомов в органических веществах? Думается, в данном случае тайна магнетизма «деткам» не раскрыта. Но, быть может, сгодится такой ответ? Если согласиться, что каждый атом в теле «ощущает» «чувствует» внешнее магнитное поле ВМП своими внешними — свободными, несвязанными — электронами и что внутренние электроны атома «не поддаются» ВМП, то выходит, что атомы реагируют на присутствие ВМП постольку, поскольку движения их несвязанных электронов во внешнем электронном слое а они создают, кстати, собственные магнитные поля не уравновешены движением других электронов: слой не заполнен и связи с электронами др. При этом в присутствии ВМП у таких веществ как железо происходит как бы резонанс в колебаниях внешних электронов всех атомов: одни и те же электроны слоя в каждом атоме занимают ближайшее положение к одному и тому же полюсу магнита в один и тот же момент времени или, можно сказать, «скоординировано». Это и делает магнетизм железа «сильным», а также и «долгим», наподобие «скоординированного» движения электронов на внутренних слоях атомов.
Соответственно, у «магнитослабых» веществ резонанс во внешних электронных слоях атомов под действием ВМП либо не происходит — движение во внешнем слое уравновешено достатком собственных либо «чужих» электронов; ВМП «бессильно» в нарушении этого электромагнитного равновесия точно по той же причине, что и для внутреннего слоя электронов в атоме,- либо резонанс внешних электронов всех атомов тела выражен «плохо», нарушается некоторой хаотичностью. Опыт с «лягушачьим» ВМП показывает, на мой взгляд, что резонанс электронов можно организовать, если в составе тела есть подходящие, то есть «правильно» реагирующие на ВМП, атомы. Если тело будет состоять только из атомов, внешние электронные слои которых не испытывают дефицита электронов, то такое тело не будет реагировать на ВМП от постоянного магнита.
Почему магнит притягивает железо? Разбираемся в причинах магнитного притяжения
Готовый набор для магнитной рыбалки: поисковый магнит F120, веревка и сумка Какие металлы можно найти с помощью поискового магнита Как и другие постоянные магниты, неодимовый магнит притягивает только ферромагнетики. К таковым относятся железо, никель и кобальт, а также их сплавы. Таким образом, поисковый магнит позволяет эффективно обнаруживать и поднимать объекты из этих металлов. Мощный поисковый магнит F300 Можно ли найти цветные металлы с помощью поискового магнита Не стоит рассчитывать, что с поисковым магнитом вы найдете золото, серебро, алюминий, медь, а также другие драгоценные или цветные металлы в чистом виде. По своим ферромагнитным свойствам эти материалы на несколько порядков уступают черным металлам. С другой стороны, отказываться от поисков тоже не стоит.
Почему магнит притягивает железо? Атомы в магнитах упорядочены таким образом, что их способность взаимодействовать с атомами других тел значительно выше, чем у других веществ пластмассы или дерева. В атомах магнита частицы обладают магнитным моментом, который и порождает силу, притягивающую вещества с высокой магнитной восприимчивостью, каковыми являются металлы.
Железо постоянный магнит. Магнитные явления магнит. Магнит и компас. Магнитные явления опыты. Что притягивает магнит к себе. Никель притягивается магнитом. Хорошо притягивается к постоянному магниту. Почему не все предметы притягиваются к магниту. Магнит к магниту притягивается или нет. Магнит притягивает предметы. Электромагнитные явления в природе. Магнетто притягивает металл. Магнит притягивает магнит. Магнит притягивает. Магнитная сила. Виды магнитов. Типы постоянных магнитов. Постоянные магниты магнитное поле постоянных магнитов. Виды временных магнитов. Свойства магнита. Волшебные свойства магнита. Выводы опыта с магнитом. Магнит для презентации. Свойства магнита для дошкольников. Все свойства магнитов. Предметы с магнитными свойствами. Интересные факты о магнитах. Характеристики магнитов. Магнит притягивает железные. Вещества которые притягиваются к магниту. Медь магнитится к магниту. Вещества которые не притягиваются магнитом. Постоянные магниты. Магнит притягивает картинка. Вода и магнитное поле. Опыт с магнитом и водой. Магнит притягивает через воду. Магнит для воды. Закрепление материала алюминия. Какие полюса магнитов притягиваются. Почему магниты притягиваются и отталкиваются. Почему магниты отталкиваются. Примеры магнитныхявоений. Почему магнит магнит притягивает железо. Магнитится ли чугун.
Каждый магнитный домен состоит из множества электронов, у которых магнитные полюса совпадают между собой. Внутри каждого магнитного домена электроны генерируют свое магнитное поле, которое может быть слабее или сильнее магнитного поля магнита. Когда магнит подносится к железу, его магнитное поле начинает действовать на магнитные домены внутри железа. Магнитное поле магнита ориентирует магнитные домены таким образом, чтобы их магнитные полюса совпадали с его полярностью. Это приводит к наложению магнитных полей магнита и магнитных доменов в железе. Если магнитное поле магнита и магнитные полюса электронов внутри магнитного домена совпадают, то происходит усиление магнитного поля в этой области железа. В результате, возникает сила притяжения между магнитом и железом. Чем больше магнитных доменов в железе будет ориентировано в нужном направлении, тем сильнее будет притяжение. Однако, важно отметить, что в железе могут существовать и области, в которых магнитные домены ориентированы в противоположном направлении. В таком случае, магнитные поля магнита и магнитных доменов будут ослаблять друг друга, что снижает силу притяжения. Это может бытьобъяснено наличием дефектов в структуре железа, таких как микротрещины или дислокации, которые могут приводить к перевороту магнитных доменов. Также, тепловые колебания могут вызывать случайное переключение магнитных доменов и приводить к временному ослаблению магнитного поля. Следует отметить, что не все материалы обладают такой сильной магнитной притяжением, как железо.
Почему магнит притягивает металл ?
Основная причина, почему железо притягивается к магниту, заключается в его атомной структуре. притягивать, «любить» железо. Неодимовые магниты содержат железо, а это значит, что они подвержены коррозии. Даже элементарная влага из воздуха способна привести со временем к появлению ржавчины, ослаблению мощности, разрушению.